CRISPR-Cas9エフェクターは、単一性別の仔の生成や性特異的な表現型の発現を促進する

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Douglas C ほか.Nature Communications2021年12月‍

技術面での大きな進歩により、例えばオルガノイドやその他の3D培養法などを通じて、in vitroモデルの生理学的妥当性が大幅に向上^した¹。しかし、 in vivo 研究、ひいては実験動物の使用は、依然として極めて必要とされており、実施され続けている。また、現在世界的に普及している「代替（Replacement）、削減（Reduction）、改善（Refinement）」（3R）ガイドラインに基づき、実験動物の使用をより厳格に規制・制限する方向で、世界中の法規制も進化している。 2010年のEU指令は、科学的目的での動物利用を完全に代替することを最終目標とし、その一方で、当面の間依然として必要とされる動物の福祉の向上^{を図っている²}。

3Rガイドラインにおける技術的な欠点の一つは、生殖細胞形成や胎盤生物学、あるいは前立腺がんなどの性特異的ながんなど、性特異的な形質や病態に焦点を当てた研究分野に見られます。こうした場合、研究はオスまたはメスのいずれか一方のみを対象に行われます。 こうした状況において、子孫の性別を制御できれば、実験動物の使用を大幅に削減できる可能性がある。現時点では、子孫の性別を制御する手段は、主に不要な動物を淘汰することに頼っているため、効果的でも人道的でもない。

『Nature Communications』誌に掲載された最近の研究では、この問題に対処するための新しい遺伝子システムが提案された^³。この論文の中で、ダグラスらはCRISPR/Cas9技術を用いて、単一性別の仔の生成を可能にした。彼らのシステムは、DNA複製および修復因子であるトポイソメラーゼ1の機能が失われた胚で観察される既知の致死表現型に基づいている。^H11Top1雌（常染色体上のH11中性遺伝子座からTop1を標的とするsgRNAを発現）と、X染色体（^XCas9Y）またはY染色体（^XYCas9）のいずれかからCas9を発現する雄を用いて、彼らはCas9とTop1sgRNAの共遺伝が、100％の効率で性特異的な胚致死性を誘導することを示した。 実際、^{H11Top1雌とXCas9Y雄を}交配させると雄の子孫のみが生まれたのに対し、^H11Top1雌と^XYCas9雄を交配させると雌の子孫のみが生まれた。興味深いことに、これらのケースでは産子数の補償現象が見られ、同性の産子数は対照群の産子数の50％を上回った。著者らはまた、このシステムを用いて性特異的な出生後の表現型を誘導できることも報告している。

本研究のために、いくつかの新規遺伝子改変マウスモデルが開発された。その中には、多岐にわたる研究分野において、生理学的に妥当な前臨床モデルを数多く設計・提供しているgenOway社が設計・作成したモデルも含まれている。

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参考文献：

1. Horvath P、Aulner N、Bickle M、Davies AM、Nery ED、Ebner D、Montoya MC、Östling P、Pietiäinen V、Price LS、Shorte SL、Turcatti G、von Schantz C、Carragher NO. 疾患の細胞ベースモデルにおける無関係なモデルの選別。 Nat Rev Drug Discov. 2016年11月;15(11):751-769.
2. ‍https://ec.europa.eu/environment/chemicals/lab_animals/index_en.htm
3. ‍DouglasC、Maciulyte V、Zohren J、Snell DM、Mahadevaiah SK、Ojarikre OA、Ellis PJI、Turner JMA. CRISPR-Cas9エフェクターは、単一性別の仔の生成および性特異的な表現型の発現を促進する。Nat Commun. 2021年12月3日;12(1):6926.